多相同步技术降低传导噪声

DC/DC转换

开关模式电源 (SMPS)由于其高效率、紧凑设计和轻重量而用于隔离式和大多数非隔离式DC/DC 转换。晶体管和二极管的导通转换会在各种 SMPS 电路拓扑中不同程度地产生电噪声。噪声有可能沿着输入和输出线路传导或辐射，表现为线路和接地之间的共模 (CM) 噪声或线路和返回导体之间的差模 (DM) 噪声。

表 1 显示了军用级 DC/DC 转换器的某些噪声限制。使用典型的线路阻抗稳定网络布置（图 1）来监控 50 个终端上的 CM 和 DM 电压之和，该网络布置通常将信号输出到频谱或 EMI 分析仪。

表 1：军用 EMI 限值，传导（CE、DO）和辐射（RE、DO）

表 1：军用 EMI 限值，传导（CE、DO）和辐射（RE、DO）

图 1：用于传导 EMI 测量的线路阻抗稳定网络，显示 CM 和 DM 噪声路径

图 1：用于传导 EMI 测量的线路阻抗稳定网络，显示 CM 和 DM 噪声路径

为了避免超过 EMI 限制，必须抑制 DM 和 CM 噪声，特别是因为外部连接上的噪声可以在两种模式之间来回切换。

输入电流波形取决于开关拓扑

虽然开关沿会产生高频传导 EMI，但基本工作电流波形定义了低频 DM 辐射水平，在开关频率下具有的线路响应。根据拓扑结构，工作输入电流波形可以是不连续的（如在“降压”派生电路中）或连续的（如在较高功率“升压”派生电路中，尽管这些在低功率下可能是不连续的）。在所有情况下，电流波形都可以近似为方波和以开关频率重复的三角形或锯齿形的总和。这是进入 DC/DC 转换器开关级的电流。转换器输入端的滤波器（至少一个电容器）可将电流调节至接近 DC，且残余噪声要求低于 EMI 标准限制线。

预测 EMI 响应幅度的一种方法是将电流分解为时域中的方波、锯齿波和三角波元素，并应用傅立叶分析来给出频域中的线路响应幅度。然后可以根据频率图设计滤波器，将响应衰减到 EMI 标准所需的水平。例如，非连续模式下的升压转换器具有三角形输入电流波形，其第n次谐波的幅度I sin( n ) 为：

多相同步技术降低传导噪声

D是占空比，Ip是锯齿波的峰值电流。

根据计算的值，输入电容器可能就足够了，形成一个单极，提供 –20dB/十年的频率衰减。如果没有，则可以采用总共 –40 dB/十倍频程的附加串联电感器或具有 –60 dB/十倍频程的 CLC pi 滤波器，其整体尺寸可能比单个电容器小，以实现相同的衰减。然而，单个大电容器也可能具有显着的等效串联电阻 (ESR) 和电感 (ESL)，从而降低其影响。添加输入滤波器还会引入自谐振和寄生谐振，这会产生振铃、额外的 EMI 响应和过电压，因此必须考虑阻尼。有时，这可以通过直接跨接转换器输入的串联电容器和电阻器来实现。然而，滤波器网络中一个电容器的 ESR 通常可以设置为提供足够的阻尼效果。此外，米德尔布鲁克标准是一项约束，它规定滤波器的输出阻抗必须远低于后续转换器的输入，以确保稳定性。滤波器的另一个考虑因素是足够的直流额定电流，以避免电流波形峰值处的过度加热和磁饱和，尤其是在高温下。